DE602004006204T2

DE602004006204T2 - Wabenstrukturkörper

Info

Publication number: DE602004006204T2
Application number: DE602004006204T
Authority: DE
Inventors: Teruo c/o IBIDEN CO. Ibi-gun KOMORI; Kazushige c/o IBIDEN CO. Ibi-gun OHNO; Sungtae c/o IBIDEN CO. Ibi-gun HONG
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: EP1514588A1; US20120031062A1; EP1514588B1; ES2284033T3; EP1514588A4; KR100679190B1; KR20050086866A; US20060093784A1; WO2005002709A1; PL1514588T3; US8361400B2; DE602004006204D1; US8062603B2; JPWO2005002709A1; ATE361140T1; JP2011179501A; CN1717271A; DE202004021342U1

Description

Technisches Gebiet
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-178713 , eingereicht am 23. Juni 2003, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, in Anspruch.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wabenstrukturkörper, der zum Sammeln von Teilchen in Abgasen, die von einem Verbrennungsmotor abgegeben werden, wie einem Dieselmotor oder dergleichen, verwendet wird.
Technischer Hintergrund
Bekanntlich wurden von Teilchen, die in Abgasen enthalten sind, die von Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen, wie Bussen, Lastwagen und der gleichen, und Baumaschinen und dergleichen, abgegeben werden, ernsthafte Probleme verursacht, da diese Teilchen für die Umwelt und den menschlichen Körper schädlich sind.
Herkömmlich wurden verschiedene keramische Filter vorgeschlagen, die es dem Abgas erlauben durch eine poröse Keramik hindurchzutreten, um die Teilchen in den Abgasen zu sammeln, wodurch die Abgase gereinigt werden.
Als solch ein keramischer Filter, gezeigt in 7, ist ein Wabenfilter 120 bekannt, der aus einem aus Siliziumkarbid und dergleichen gefertigten Wabenstrukturkörper hergestellt ist, und eine Struktur aufweist, in der eine Vielzahl von porösen keramischen Elementen 130 mit quadratischer Säulenform miteinander mit einer Dichtungsmaterialschicht 124, die als Klebstoff dient, um einen keramischen Block 125 zu bilden, kombiniert sind, und eine Dichtungsmaterialschicht 123 ist auch auf dem Umfang des keramischen Blocks 125 gebildet, um das Austreten von Abgasen zu verhindern.
Der Wabenfilter 120 verwendet die porösen keramischen Elemente 130 mit einer wie in 8 gezeigten Struktur als Konstitutionselemente, und eine Trennwand 133, die darin gebildet sind, um die Durchgangslöcher 131 voneinander zu trennen, von denen eine Vielzahl parallel zueinander in der Längsrichtung angeordnet sind, um als Filter zu wirken.
In anderen Worten wird, wie in 8(b) gezeigt, jedes der Durchgangslöcher 131, die in dem porösen keramischen Element 130 gebildet werden, mit einem Dichtungselement 132 auf einer Seite ihrer Abgaseinlassseite oder -auslassseite abgedichtet, so dass Abgase, die durch ein Durchgangsloch 131 eingetreten sind durch ein anderes Durchgangsloch 131 austreten, nachdem sie immer durch eine Trennwand 133 getreten sind, die die Durchgangslöcher 131 voneinander trennt.
Hier ist, wie vorstehend beschrieben, die Dichtungsmaterialschicht 123, die auf der Peripherie gebildet wird, zu dem Zweck bereitgestellt, dass Austreten von Abgasen aus dem peripheren Bereich des keramischen Blocks 125 zu verhindern, wenn der Wabenfilter 120 in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors angebracht wird.
Da der Wabenfilter 120 einer solchen Struktur eine bessere Wärmebeständigkeit aufweist und einen einfachen Regenerationsprozess und dergleichen bereitstellt, wurde er auf verschiedene Fahrzeuge großer Größe und Fahrzeugen mit Dieselmotoren appliziert. In anderen Worten, wenn der Honigwabenfilter 120 mit solch einer Struktur in die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors eingebaut wird, werden Teilchen in den von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgasen beim Durchtritt durch den Wabenfilter 120 durch die Trennwand 133 aufgefangen, so dass die Abgase gereinigt werden.
Ferner wird im Bezug auf so einen Typ von Wabenfilter eine Struktur offenbart, in der die Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite größer ist als die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite, so dass der Bereich des Wandbereichs, durch den Abgase pro Volumeneinheit durchtreten, größer ist, so dass sich das wirksame Volumen, das als Filter dient, verbessert (siehe bspw. Patentliteratur 1-12).
9 offenbart schematisch einen zur Längsrichtung eines in Patentliteratur 1 offenbarten Abgasfilters senkrechten Querschnitt (siehe 3 aus Patentliteratur 1).
In diesem Abgasfilter 310 haben die entsprechenden Durchgangslöcher die gleiche Größe und die Zahl der Durchgangslöcher 312, die an der Abgaseinlassseite abgedichtet sind, ist kleiner als die Zahl der Durchgangslöcher 311, die an der Abgasauslassseite abgedichtet sind. Mit dieser Anordnung wird die Öffnungsfläche der Abgaseinlassseite größer als die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite, so dass sich das als Filter dienende wirksame Volumen verbessert.
10 zeigt schematisch einen zu der Längsrichtung eines in Patentliteratur 2 offenbarten Abgasfilters senkrechten Querschnitt (siehe Patentliteratur 2).
In diesem Abgasfilter 320 ist die Öffnungsfläche und die Zahl der Durchgangslöcher 322, die an der Abgaseinlassseite abgedichtet sind, verschieden von der Öffnungsfläche und der Zahl der durchgehenden Löcher 321, die an der Abgasauslassseite abgedichtet sind. Dadurch wird die Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite größer als die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite, so dass das als Filter dienende wirksame Volumen verbessert wird.
11 zeigt schematisch einen zu der Längsrichtung eines in Patentliteratur 1 offenbarten Abgasfilters senkrechten Querschnitt (siehe 11 aus Patentliteratur 1).
In diesem Abgasfilter 330 ist die Öffnungsfläche der Durchgangslöcher 332, die an der Abgaseinlassseite abgedichtet sind, verschieden von der Öffnungsfläche der Durchgangslöcher 331, die an der Abgasauslassseite abgedichtet sind.
Ferner ist in diesem Filter die Zahl der Durchgangslöcher 332 und die Zahl der Durchgangslöcher 331 gleich, und die Durchgangslöcher 331, die an der Abgasauslassseite abgedichtet sind, sind gegenseitig durch eine Teilwand in flächigen Kontakt miteinander gebracht. Auch im Fall des Abgasfilters mit dieser Struktur ist der Öffnungsbereich auf der Abgaseinlassseite größer als der Öffnungsbereich auf der Abgasauslassseite, so dass sich das als Filter dienende wirksame Volumen verbessert.
12 zeigt schematisch einen zu der Längsrichtung eines in Patentliteratur 3 offenbarten Abgasfilters senkrechten Querschnitt (siehe 5p aus Patentliteratur 3).
In diesem Abgasfilter 340 ist die Öffnungsfläche der Durchgangslöcher 342, die an der Abgaseinlassseite abgedichtet sind, verschieden von der Öffnungsfläche der Durchgangslöcher 341, die an der Abgasauslassseite abgedichtet sind.
Ferner sind in diesem Filter die Zahl der Durchgangslöcher 342 und die Zahl der Durchgangslöcher 341 gleich, und die Durchgangslöcher 341, die an der Abgasauslassseite abgedichtet sind, weisen keinen flächigen Kontakt miteinander durch eine Trennwand auf. Auch im Fall des Abgasfilters mit dieser Struktur ist die Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite größer als die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite, so dass sich das als Filter dienende wirksame Volumen verbessert.
Bei diesen herkömmlichen Filtern ist die Öffnungsfläche auf der Gaseinlassseite größer als die Öffnungsfläche auf der Gasauslassseite, so dass die wirksame Filterfläche der Trennwand größer wird; daher ist es möglich eine große Anzahl an Teilchen zu sammeln. Ferner ist es eine Aufgabe dieser Filter einen Druckverlust beim Sammeln der gleichen Teilchenmenge im Vergleich zu einem in den 7 und 8 gezeigten Filtern zu verringern, in denen die Querschnittsform aller durchgehenden Löcher eine Rechtecksform und die Öffnungsfläche auf der Gaseinlassseite und die Öffnungsfläche auf der Gasauslassseite gleich sind.
Diese herkömmlichen Filter lösen letztere Aufgabe jedoch nur unzureichend, das heißt eine Verminderung des Druckverlusts beim Sammeln der gleichen Menge an Teilchen.
In den vorstehend genannten Filtern wird angenommen das die folgenden vier Faktoren hauptsächlich zum Effekt des Druckverlustes beitragen.
Genauer wird angenommen das diese Faktoren einschließen: (1) ein Durchlassverhältnis auf der Abgaseinlassseite (ΔPa), (2) Reibung beim Durchtritt durch die Durchgangslöcher (Durchgangsloch auf der Gaseinlassseite: ΔPb-1, Durchgangsloch auf der Gasauslassseite: ΔPb-2), (3) Widerstand beim Durchtritt durch eine Trennwand (ΔPc), und (4) beim Durchtritt durch die gesammelten Teilchen ausgeübter Widerstand (ΔPd). Hier wird unter diesen der durch (4) ausgeübte Effekt, der beim Durchtritt durch die gesammelten Teilchen ausgeübte Widerstand (ΔPd) als der größte angesehen.
Hier wird im Fall der Filter mit den in 9-12 gezeigten Strukturen der interne Druckverlust (Druckverlust in einem Zustand ohne gesammelte Teilchen) höher im Vergleich mit dem Filter, in dem, wie in 7 und 8 gezeigt, die Querschnittsfläche all der Durchgangslöcher eine rechteckige Form aufweisen und die Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite und die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite gleich sind. Der Grund dafür ist, dass der durch ΔPb-2 und ΔPc verursachte Druckverlust höher wird, obwohl der durch ΔPa und ΔPb-1 verursachte Druckverlust leicht vermindert wird.
Ferner weisen in Bezug auf den Druckverlust nach dem Sammeln von Teilchen in einem Filter mit den jeweils in den 9-12 gezeigten Strukturen die Filter mit den in 9-11 gezeigten Strukturen eine Trennwand auf, die den Gaseinlassdurchgangslöchern gemeinsam ist. In den Filtern dieser Struktur, wie in 13 gezeigt, fließt das Abgas zuerst vom Durchgangsloch auf der Gaseinlassseite 1311 zum Durchgangsloch auf der Gasauslassseite 1312 durch die Passage „a" über die Trennwand, die dem Durchgangsloch 1311 für den Gaseinlass und dem Durchgangsloch 1312 für den Gasauslass gemeinsam ist. Zu diesem Zeitpunkt werden Teilchen durch die Trennwand, die dem Durchgangsloch 1311 für den Gaseinlass und dem Durchgangsloch 1312 für den Gasauslass gemeinsam ist, gefangen (siehe 13(a)).
Danach werden die Teilchen 1313 auf der Trennwand, die dem Durchgangsloch 1311 für den Gaseinlass und dem Durchgangsloch 1312 für den Gasauslass gemeinsam ist, gesammelt, so das der Druckabfall in der Teilwand aufgrund von ΔPd höher wird, und Abgase fließen von der Seite der Durchgangslöcher 1311 für den Gaseinlass zu der Seite mit den Durchgangslöcher 1312 für den Gasauslass durch eine Flusspassage „b" über eine Trennwand, die den Durchgangslöchern 1311 für den Gaseinlass (siehe 13(b)) gemeinsam ist.
Im Falle der Trennwand, die den Durchgangslöchern 1311 für den Gaseinlass gemeinsam ist, wird angenommen: der Fluss des Abgases beginnt an dem Bereich, der am nächsten zu der Teilwand liegt, die dem Durchgangsloch 1311 für den Gaseinlass und dem Durchgangsloch 1312 für den Gasauslass gemeinsam ist; und der Gaseinlassbereich dehnt sich graduell aus, wobei letztendlich der gesamte Bereich der Trennwand, die das Durchgangsloch 1311 für den Gaseinlass bildet, als ein wirksamer Filterbereich dient.
13(a) und 13(b) sind schematische Diagramme, die Abgasflusspassagen in konventionellen Filtern beschreiben.
In einem Wabenstrukturkörper dieses Typs war es schwierig den Druckverlust beim Sammeln der Teilchen zu vermindern, wenn die Menge der Teilchen, die sich auf der Trennwand angesammelt haben, die dem Durchgangsloch 1311 für den Gaseinlass und dem Durchgangsloch 1312 für den Gasauslass gemeinsam ist, groß ist.
Ferner offenbaren Patentliteratur 3 und 4 einen Filter, in denen eine mittlere Porosität mehr als 10 % oder weniger beträgt und Poren einen mittleren Porendurchmesser von zwei bis 15 μm aufweisen, wobei sich individuelle Porendurchmesser im nahezu gesamten Bereich von 0,5 bis 70 μm verteilen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auch Verfahren untersucht zum Erhöhen des Porendurchmessers, um den Druckverlust zu vermindern. Als ein Ergebnis dieser Untersuchungen wurde jedoch unerwartet gefunden, das sich der Druckverlust selbst bei einem größeren Porendurchmesser nicht vermindert.

Patentliteratur: 1: JP-B 03-49608 (1991) (3, 17 und dergleichen), US Patentnummer 4417908 , JP-A 58-196820 (1983)
Patentliteratur 2: JP-U 58-92409 (1983)
Patentliteratur 3: US Patentnummer 4364761 (5p und dergleichen), JP-A 56-124417 (1981), JP-A 62-96717 (1987)
Patentliteratur 4: US Patentnummer 4276071
Patentliteratur 5: US Patentnummer 4420316
Patentliteratur 6: US Patentnummer 4420316
Patentliteratur 7: JP-A 58-150015 (1983)
Patentliteratur 8: JP-A 05-68828 (1993), japanische Patentnummer 3130587
Patentliteratur 9: FR2789327
Patentliteratur 10: WO02/100514
Patentliteratur 11: WO02/10562 , DE10037403
Patentliteratur 12: WO03/20407 , US Patent 2003-41730 , US Patentnummer 6696132

Offenbarung der Erfindung
Zu lösende Aufgabe
Die vorliegenden Erfinder haben eine Struktur untersucht, die im herkömmlichen Stand der Technik nicht vorkommt, wobei der Anteil der Mikroporen mit einem relativ großen Porendurchmesser im Vergleich mit dem mittleren Porendurchmesser vermindert ist, bezogen auf die Porenverteilung als ganzes. Daher wurde gefunden: beim Implementieren der vorstehend genannten Struktur in einen Wabenstrukturkörper, in welchem die Versiegelung angebracht wird, um einen Unterschied im Durchlassverhältnis zu erreichen, ist ein höchsteffizienter Fluss von Abgasen möglich, um den Druckverlust zu vermindern, und auch um die Zeitdauer bis zu einem Regenerationsprozess zu verlängern. Auf diese Weise wurde die vorliegende Erfindung erreicht.
Mittel zum Lösen der Aufgaben
Die vorliegende Erfindung betrifft einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper, umfassend eine große Anzahl von Durchgangslöchern, die parallel zueinander in einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei ein Wandteil dazwischen gestellt ist, wobei:
jedes der Durchgangslöcher an einem Ende versiegelt ist;
sich auf einer Stirnseite der Durchgangslöcher die Öffnungsfläche von der anderen Stirnseite davon unterscheidet;
ein keramisches Material, das den Wandteil bildet, einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von 5-30 μm aufweist; und
der Grad der Kapazität („rate of capacity") der Mikroporen, die jede einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, auf 30 % oder weniger der Kapazität („capacity") der gesamten Mikroporen gesetzt ist.
Nachstehend wird der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung weißt das keramische Material, welches das Wandteil bildet, einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm auf, und der Kapazitätsgrad der Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, wird auf 30 % oder weniger der Kapazität der gesamten Mikroporen gesetzt; deshalb wird, wie in 14 gezeigt, das Eindringen der Teilchen in tiefe Bereiche des Wandteils 82 verhindert, so dass die scheinbare Dicke „d" (Dicke 81 einer Teilchenschicht, bestimmt durch ebenso Einbeziehen der Teilchen, die auch auf der Innenseite der Trennwand abgeschieden sind) der Teilchen dünner wird.
Ferner werden die Teilchen nur auf dem Oberflächenschichtteil eines Bereichs angesammelt, der Gase aufgrund seiner Struktur (bspw. ein Bereich einer Trennwand, der ein Durchgangsloch mit einer Öffnung auf der Gaseinlassseite und ein Durchgangsloch mit einer Öffnung auf der Gasauslassseite und dergleichen trennt) in einer kurzen Zeitdauer leicht durchlässt, weil die Teilchen davon abgehalten werden, in tiefe Bereiche des Wandteils einzudringen. Mit dieser Anordnung kann nicht nur der Bereich, der aufgrund seiner Struktur Gase leicht durchlässt, sondern auch ein Bereich, der augrund seiner Struktur (bspw. ein Bereich einer Trennwand, die Durchgangslöcher mit Öffnungen auf der Gaseinlassseite und dergleichen voneinander trennt) kaum Gase durchlässt, Gase durchlassen, wodurch es möglich wird, die wirksame Filterfläche zu erhöhen, was deshalb in einem frühen Stadium bei einer kleinen Menge an abgeschiednen Teilchen möglich ist.
Ferner steigt der beim Durchtritt durch das Wandteil ausgeübte Widerstand kaum an, da die Teilchen kaum in die inneren Bereiche des Wandteils eindringen. Als Ergebnis wird der Zunahmegrad des Druckverlustes nach dem Sammeln von Teilchen kleiner, was es möglich macht die Zeitdauer bis zum Regenerationsprozess zu verlängern.
Im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung ist die Filterfläche, die als Filter dient, großer, wenn der Öffnungsbereich auf der Gaseinlassseite größer ist als der Öffnungsbereich auf der Gasauslassseite, was es möglich macht, die Sammelleistung für Teilchen zu verbessern.
Wirkungen der Erfindung
Der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung macht es möglich das Eindringen der Teilchen in tiefere Bereiche des Wandteils zu verhindern, und folglich die scheinbare Dicke der Teilchen dünner zu machen als auch das Ansammeln der Teilchen nur auf dem Oberflächenbereich eines Teils, das aufgrund seiner Struktur Gase leicht durchlässt, zu ermöglichen; mit dieser Anordnung kann selbst in einem frühen Stadium mit einer kleinen Menge an gesammelten Teilchen nicht nur der Bereich, der aufgrund seiner Struktur Gase leicht durchlässt, sondern auch ein Bereich, der aufgrund seiner Struktur kaum Gase durchlässt, Gase durchlassen, wodurch es möglich ist, die wirksame Filterfläche zu erhöhen.
Ferner steigt der Widerstand, der beim Durchtritt durch das Wandteil ausgeübt wird, kaum an, da die Teilchen kaum in die inneren Bereiche des Wandteils eindringen. Als Ergebnis wird der Zunahmegrad des Druckverlustes nach dem Sammeln der Teilchen kleiner, was es möglich macht, die Zeitdauer bis zum Regenerationsprozess zu verlängern.
In der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung wird die Filterfläche, die als Filter dient, größer, wenn der Öffnungsbereich auf der Gaseinlassseite größer ist als der Öffnungsbereich auf der Gasauslassseite, was es möglich macht, die Sammelleistung der Teilchen zu verbessern.
Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegenden Erfindung betrifft einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper, umfassend eine große Anzahl von Durchgangslöchern, die parallel zueinander in einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei ein Wandteil dazwischen gestellt ist, wobei:
jedes der Durchgangslöcher an einem Ende versiegelt ist;
sich die Öffnungsfläche der Durchgangslöcher an einer Stirnfläche von der anderen Stirnfläche davon unterscheiden;
ein keramisches Material, welches das Wandteil bildet, einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm aufweist; und
der Grad der Kapazität der Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, auf 30 % oder weniger der Kapazität der gesamten Mikroporen gesetzt ist.
Der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung weist eine säulenförmige Struktur auf, in der eine große Anzahl an Durchgangslöchern parallel zueinander in einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei ein Wandteil dazwischen gestellt ist. Der Wabenstrukturkörper kann gebildet werden durch Kombinieren einer Vielzahl von säulenförmigen porösen keramischen Elementen, die jeweils eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweisen, die parallel zueinander in einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei eine Trennwand dazwischen gestellt ist, miteinander durch Dichtungsmaterialschichten (nachfolgend auch als aggregierter Wabenstrukturkörper bezeichnet), oder können gebildet werden durch keramische Elemente, die integral als Ganzes als eine Einheit gesintert sind (nachfolgend auch als integrierter Wabenstrukturkörper bezeichnet). Hier kann der Wabenstrukturkörper eine auf dem Umfang davon gebildete Beschichtungsschicht aufweisen.
Im Fall des aggregierten Wabenstrukturkörpers besteht das Wandteil aus einer Trennwand, die die Durchgangslöcher der porösen keramischen Elemente voneinander trennt, und einer Dichtungsmaterialschicht, die als eine Klebstoffschicht zwischen den porösen keramischen Elementen dient. Im Falle des integrierten Wabenstrukturkörpers wird das Wandteil durch eine Trennwand von einer Art gebildet. In der folgenden Beschreibung werden sowohl die Trennwand und die Dichtungsmaterialschicht ohne Unterscheidung als Wandteil bezeichnet, soweit die Unterscheidung nicht erforderlich ist.
1 ist eine perspektivische Sicht, die schematisch ein spezifisches Beispiel eines aggregierten Wabenstrukturkörpers als ein Beispiel des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung zeigt, 2(a) ist eine perspektivische Sicht, die schematisch ein Beispiel eines porösen keramischen Elements zeigt, das den in 1 gezeigten Wabenstrukturkörper bildet, und 2(b) ist eine entlang der Linie A-A des in 2(a) gezeigten porösen keramischen Elements genommene Querschnittsansicht.
Wie in 1 gezeigt weist der Wabenstrukturkörper 10 der vorliegenden Erfindung eine Struktur auf, in der eine Vielzahl von porösen keramischen Elementen 20 miteinander durch eine Dichtungsmaterialschicht 14 kombiniert sind, um einen keramischen Block 15 mit einer Dichtungsmaterialschicht 13 zum Verhindern des Austritts von Abgas, gebildet auf der Peripherie des keramischen Blocks 15, zu bilden.
In dem porösen keramischen Element 20 werden hier eine große Anzahl von Durchgangslöchern 21 parallel zueinander in einer Längsrichtung angeordnet, wobei jeweils ein Ende der Durchgangslöcher 21 mit einem Stopfen 22 abgedichtet ist. Hier ist das Ende eines Durchgangslochs 21a mit einem relativ großen Bereich im Querschnittsbereich senkrecht zur Längsrichtung auf der Abgasauslassseite abgedichtet, und das Ende eines Durchgangslochs 21b mit einem relativ kleineren Bereich im Querschnittsbereich ist auf der Abgaseinlassseite abgedichtet.
Deshalb weist der Wabenstrukturkörper 10 eine Struktur auf, in der die Öffnungsfläche der Abgaseinlassseite größer ist als die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite.
Hier in dem keramischen Element 20 wirkt ein Bereich des Wandteils (Trennwand) 23, welches das Durchgangsloch 21a mit einer Öffnung auf der Abgaseinlassseite (nachfolgend auch als Gaseinflussdurchgangsloch bezeichnet) und das Durchgangsloch 21b mit einer Öffnung auf der Abgasauslassseite (nachfolgend auch als Gasausflussdurchgangsloch bezeichnet) als ein Filter. In anderen Worten können Abgase, die in eines der Gaseinflussdurchgangslöcher 21a eingetreten sind, aus den Gasausflusslöchern 21b ausfließen, nachdem sie immer durch diese Bereiche des Wandteils (Trennwand) 30, die die entsprechenden Durchgangslöcher voneinander trennt, durchgetreten sind.
In dem in 1 gezeigten Wabenstrukturkörper 10 ist die Form als eine Säulenform ausgeführt; ohne auf die Säulenform besonders beschränkt zu sein kann der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung jedoch jede beliebige Form aufweisen, wie etwa eine elliptische Säulenform und eine rechteckige Säulenform, und jede beliebige Form.
Im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung ist das Material für das poröse keramische Material nicht besonders beschränkt und Beispiele davon schließen ein: Nitridkeramiken, wie Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Titannitrid und dergleichen; Karbidkeramiken, wie Siliziumkarbid, Zirkonkarbid, Titankarbid, Tantalkarbid, Wolframkarbid und dergleichen; und Oxidkeramiken, wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Cordierit, Mullit und dergleichen. Ferner kann der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung aus einem Verbundmaterial aus Silizium und Siliziumkarbid oder dergleichen hergestellt sein, oder kann aus Aluminiumtitanat hergestellt sein. Unter diesen wird Siliziumkarbid, das eine hohe Wärmebeständigkeit, überlegene mechanische Eigenschaften und hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, vorzugsweise verwendet.
Ferner weist das poröse keramische Element einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm auf, und der Grad der Kapazität der Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, ist auf 30 % oder weniger der Kapazität der gesamten Mikroporen gesetzt.
Da der mittlere Porendurchmesser in einem Bereich von 5 bis 30 μm fällt, können die Teilchen nicht in tiefe Bereiche des Wandteils eindringen, was den Strukturkörper weniger anfällig für Verstopfen aufgrund der Teilchen macht.
Der mittlere Wanddurchmesser von weniger als 5 μm verursacht das Verstopfen aufgrund der Teilchen, was zu einem Anstieg im Druckverlust führt. Im Gegensatz dazu verursacht der über 30 μm hinausgehende mittlere Porendurchmesser das Eindringen der Teilchen in tiefe Bereiche des Wandteils, was dazu führt das die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht bereitgestellt werden.
Ferner ist es möglich den Porendurchmesser vergleichsweise einheitlich zu gestalten und folglich den beim Durchtreten des Abgases durch das Wandteil verursachten Widerstand in einem kleinen Bereich zu halten, da in dem porösen keramischen Element der Grad der Kapazität der Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, auf 30 % oder weniger der Kapazität der gesamten Mikroporen gesetzt ist.
In anderen Worten, bezüglich des Zustandes der Porenverteilung der Wand, die die Durchgangslöcher auf der Gaseinlassseite und der Gasauslassseite gegeneinander trennt, können durch das zahlenmäßige Verringern der Mikroporen mit relativ großen Porendurchmessern, so das die Gase absichtlich schwer fließfähig gemacht werden, die Gase durch die Trennwand, die die Durchgangslöcher auf der Gaseinlasseite voneinander trennt, zu einem frühen Zeitpunkt fließen, so das es möglich ist, den Druckverlust zu vermindern.
Der Mechanismus, der den Druckverlust verringert, wurde noch nicht ausrechend geklärt; der Mechanismus ist jedoch vermutlich wie nachfolgend beschrieben:
Wenn der Grad der Kapazität mit Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, 30 % übersteigt, wird der Anteil der Porendurchmesser, die vergleichsweise größer sind als der mittlere Porendurchmesser höher. Dann können zu Beginn, das heißt zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Sammeln der Teilchen, wie in 15 gezeigt, Abgase in die Bereiche der Mikroporen mit einem größeren Porendurchmesser leichter eintreten. Folglich können die Teilchen in tiefe Bereiche der Trennwand 84 (tiefe Bereiche in den Mikroporen) eindringen.
Ferner ist es möglich die Teilchen in tieferen Schichtbereichen in hoher Dichte anzusammeln, da die Abgase leicht fließen können. Deshalb zeigt der Druckverlust manchmal einen abrupten Anstieg aufgrund des Widerstandes (ΔPd) beim Durchtritt der Teilchen, während sich die Teilchen ansammeln, obwohl die scheinbare Dicke „D" der Teilchenschicht 83 (Dicke der Teilchenschicht in einem Zustand, wobei das innere der Mikroporen mit Teilchen gefüllt ist) dicker wird, um den anfänglichen Druckverlust zu vermindern.
Wie vorstehend beschrieben steigt folglich der Druckverlust des Filters an, wenn der Grad der Kapazität von Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, 30 % übersteigt, bezogen auf die Kapazität der gesamten Mikroporen. Hier zeigen die Pfeile den Fluss von Abgasen an.
Ferner können, wie vorstehend beschrieben, die Teilchen auch durch die Trennwand fließen, die die Gaseinflussdurchgangslöcher voneinander trennt, nachdem sich die Teilchen ausreichend in der Trennwand, die die Durchgangslöcher auf der Gaseinlassseite und die Durchgangslöcher auf der Gasauslassseite voneinander trennt, abgelagert haben.
Im Gegensatz dazu wird im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung, in Bezug auf den Zustand der Porenverteilung des Wandteils, das die Durchgangslöcher auf der Gaseinlassseite und der Gasauslassseite voneinander trennt, durch Verringern der Anzahl der Mikroporen mit relativ größerem Porendurchmesser, so dass die Gase absichtlich weniger fließfähig gemacht werden, im Vergleich zu dem Fall, in dem Mikroporen mit einem großen Porendurchmesser gebildet werden. Als Ergebnis können Abgase in einem relativ frühen Stadium durch die Trennwand fließen, die die Gaseinflussdurchgangslöcher voneinander trennt; daher ist es möglich einen abrupten Anstieg des Druckverlustes aufgrund der Dicke der Teilchen, unebene Sammelprozesse und dergleichen zu vermeiden.
Wie ferner in Bezug auf 14 beschrieben wird es in Filtern dieses Typs möglich einen unzureichenden Regenerationsprozess aufgrund der Schwierigkeit beim Verbrennen der Teilchen und Beschädigungen am Filter aufgrund des durch abrupte Brennprozesse verursachten Wärmeeintrags zu verhüten, da die Dicke der auf der Trennwand angesammelten Teilchen dünner ist.
Hier kann der Porendurchmesser durch bekannte Verfahren bestimmt werden, wie ein Quecksilbereinspritzverfahren und ein Messverfahren, das Abtastelektronen-Mikroskopie (SEM) verwendet.
Wenn in Betracht gezogen wird, dass es die vorliegende Erfindung notwendig macht, die gesamte Porendurchmesserverteilung zu messen, wird der Porendurchmesser vorzugsweise durch das Quecksilbereinspritzverfahren gemessen.
Auf die gleiche Weise als der in 1 gezeigte Wabenstrukturkörper 10 ist die Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite vorzugsweise größer als die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite. Diese Struktur macht es möglich die Filterfläche für den Filter zu vergrößern und folglich die Teilchensammelleistung zu verbessern.
Im vorstehend genannten Wabenstrukturkörper ist es ferner bevorzugt die Trennwand, die die Durchgangslöcher auf der Gaseinlassseite voneinander trennt, bereitzustellen.
Diese Struktur macht es möglich eine breitere wirksame Filterfläche sicher zu stellen, während ein geringer Druckverlust aufrecht erhalten wird.
Im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung liegt die Porosität des porösen keramischen Elementes vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 70 %.
Diese Struktur macht es möglich eine ausreichende Festigkeit des porösen keramischen Elements aufrecht zu erhalten, das Eindringen der Teilchen in die Trennwand schwierig zu machen und folglich den Widerstand klein zu halten, der beim Durchtritt der Abgase durch die Trennwand verursacht wird.
Eine Porosität von weniger als 30 % neigt dazu ein Verklumpen in der Trennwand in einem frühen Stadium zu verursachen, während eine über 70 % hinausgehende Porosität dazu neigt einen Abbau des porösen keramischen Elements zu verursachen; daher könnte es leicht zerbrochen werden.
Hier kann die vorstehend genannte Porosität durch bekannte Verfahren gemessen werden, wie ein Quecksilbereinspritzverfahren, Archimedesverfahren und ein Messverfahren, das Abtastelektronen-Mikroskopie (SEM) verwendet.
Über Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung liegt die Dicke des Wandteils vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 mm. Diese Struktur macht es möglich eine ausreichende Stärke in dem porösen keramischen Element aufrecht zu erhalten und folglich den Widerstand klein zu halten, der beim Durchtritt der Abgase durch das Wandteil verursacht wird.
Eine Dicke von weniger als 0,1 mm neigt dazu eine unzureichende Festigkeit im Wabenstrukturkörper zu verursachen, während eine über 0,5 mm hinausgehende Dicke dazu neigt einen großen Anstieg im Druckverlust zu verursachen.
Ferner liegt im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung die Dichte der Öffnung (Durchgangslöcher) in einem zur Längsrichtung senkrechten Querschnittsbereich vorzugsweise im Bereich von 15,5 bis 62,0 pcs/cm².
Wenn die Dichte weniger als 15,5 pcs/cm² beträgt, da die Gesamtfläche des Wandteils kleiner wird, um eine Verminderung in der Filterwirkung als auch eine Verminderung in der Festigkeit des Wabenstrukturkörpers zu verursachen, abhängig von der Dicke des Wandteils. Wenn die Dichte 62,0 pcs/cm² übersteigt werden die entsprechenden Öffnungsflächen (Durchgangslöcher) auf der Gaseinlassseite und der Gasauslassseite klein, was eine Verminderung der Filterwirkung verursacht; insbesondere wenn die Öffnungsfläche (Durchgangsloch) auf der Gaseinlassseite kleiner ist, neigt der Druckverlust dazu größer zu werden.
Ohne besonders beschränkt zu sein werden in Bezug auf die beim Herstellen der porösen keramischen Elemente verwendeten Teilchen jene vorzugsweise verwendet, die beim nachfolgenden Brennprozess weniger schrumpfanfällig sind, und bspw. jene Teilchen, die durch Kombinieren von 100 Gewichtsteilen an Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 50 μm mit 5 bis 65 Gewichtsteilen an Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 1 μm hergestellt werden, werden vorzugsweise verwendet. Durch Mischen von keramischen Pulvern mit den vorstehend genannten entsprechenden Teilchengrößen im vorstehend genannten Mischungsverhältnis ist es möglich ein poröses keramisches Element bereitzustellen.
Ferner kann durch Einstellen der Teilchengröße der vorstehend genannten zwei Arten von Pulvern, insbesondere der Teilchengröße des Pulvers mit der größeren Teilchengröße, der Porendurchmesser des porösen keramischen Elements im vorstehend genannten Bereich eingestellt werden. Wenn ein integrierte Wabenstrukturkörper hergestellt wird kann das gleiche Verfahren verwendet werden.
Ferner kann ein porenbildendes Material mit einer einheitlichen Teilchengröße in das Material gemischt werden und das erhaltene Gemisch wird gebrannt, so das ein poröses keramisches Element mit einem eingestellten Porendurchmesser hergestellt werden kann. Hier bezieht sich das porenbildende Material auf ein Material, das zum Bilden von Poren in einem bearbeiteten keramischen Material verwendet wird und bspw. jene Materialien, die durch den Brennprozess beseitigt werden, können genannt werden.
Der vorstehend genannte Stopfen ist vorzugsweise aus poröser Keramik gefertigt.
Im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung, da das poröse keramische Element mit einem mit dem Stopfen abgedichteten Ende aus poröser Keramik hergestellt ist, durch Herstellen des Stopfens unter Verwendung der gleichen porösen Keramiken als des porösen keramischen Elements, wird es möglich, die Bindungsstärke zwischen den beiden Materialien zu erhöhen, und durch Einstellen der Porosität des Stopfens gleich zu der des vorstehend genannten porösen keramischen Elements ist es möglich in thermischen Ausdehnungskoeffitienten des porösen keramischen Elements und den thermischen Ausdehnungskoeffitienten des Stopfens aneinander anzugleichen; daher ist es möglich das Auftreten einer Lücke zwischen den Stopfen und der Trennwand aufgrund von thermischer Beanspruchung, die sowohl bei der Produktion als auch in der Verwendung auftritt, und das Auftreten eines Risses im Stopfen oder des Bereichs der Trennwand mit dem der Stopfen in Kontakt kommt, zu verhindern.
In dem Fall, in dem der Stopfen aus poröser Keramik hergestellt ist kann in Bezug auf das Material davon ohne besondere Beschränkung das gleiche Material als das keramische Material, das das poröse keramische Element bildet, verwendet werden.
Im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung werden die Dichtungsmaterialschichten (ein Wandbereich) 13, 14 sowohl zwischen den porösen keramischen Elementen 20 als auch auf der Peripherie des keramischen Blocks 15 gebildet. Ferner dient die Dichtungsmaterialschicht (ein Wandbereich) 14, die zwischen den porösen keramischen Elementen 20 gebildet ist, auch als ein Klebstoff, der eine Vielzahl von porösen keramischen Elementen 20 aneinander bindet, und die Dichtungsmaterialschicht (ein Wandbereich) 13, die auf dem peripheren Bereich des keramischen Blocks 15 gebildet ist, dient als ein Dichtungsmaterial, das zum Verhindern des Austritts von Abgasen aus dem peripheren Bereich des keramischen Blocks 15 verwendet wird, wenn der Wabenstrukturkörper 10 der vorliegenden Erfindung in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors angebracht wird.
In Bezug auf das Material, das die Dichtungsmaterialschicht bildet, kann ohne besondere Beschränkung beispielsweise ein Material verwendet werden, bestehend aus einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel und anorganischen Fasern und/oder anorganischen Teilchen oder dergleichen.
Wie vorstehend beschrieben wird hier im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung die Dichtungsmaterialschicht zwischen den porösen keramischen Elementen als auch auf der Peripherie des keramischen Blocks gebildet; und diese Dichtungsmaterialschichten können aus dem gleichen Material oder voneinander verschiedenen Materialien hergestellt sein. Ferner können im Fall wenn die Dichtungsmaterialschichten aus dem gleichen Material hergestellt sind die Mischungsverhältnisse der Materialien gleich oder voneinander verschieden sein.
In Bezug auf das anorganische Bindemittel können bspw. Kieselsol, Aluminiumoxidsol und dergleichen verwendet werden. Diese können jeweils allein verwendet werden oder zwei oder mehrere Arten von diesen können in Kombination verwendet werden. Unter den anorganischen Bindemitteln wird Kieslsol vorzugsweise verwendet.
In Bezug auf das organische Bindemittel schließen Beispiele davon Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Ethylcellulose, Carboxymethylcellulose und dergleichen ein. Diese können jeweils allein verwendet werden oder zwei oder mehr Arten von diesen können in Kombination verwendet werden. Unter den organischen Bindemitteln wird Carboxymethylcellulose vorzugsweise verwendet.
Im Bezug auf die anorganischen Fasern schließen Beispiele davon Siliziumoxid-Aluminiumoxid, Mullit, Aluminiumoxid, Siliziumoxid und der gleichen ein. Diese können jeweils allein verwendet werden oder zwei oder mehr Arten von diesen können in Kombination verwendet werden. Unter den anorganischen Fasern werden Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Fasern vorzugsweise verwendet.
In Bezug auf die anorganischen Teilchen schließen Beispiele davon Karbide, Nitride und dergleichen ein und spezifische Beispiele schließen anorganisches Pulver oder Whiskers ein, hergestellt aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid und dergleichen. Diese können jeweils allein verwendet werden oder zwei oder mehr Arten von diesen können in Kombination verwendet werden. Unter den anorganischen Feinteilchen wird Siliziumkarbid mit überlegener thermischer Leitfähigkeit vorzugsweise verwendet.
Das Dichtungsmaterial kann aus einem dichten Material erstellt sein oder kann aus einem porösen Material hergestellt sein.
3(a) ist eine perspektivische Sicht, die schematisch ein spezifisches Beispiel eines integrierten Wabenstrukturkörpers als ein Beispiel des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3(b) ist eine entlang der Linie B-B aus 3(a) genommene Querschnittssicht.
Wie in 3(a) gezeigt besteht der Wabenstrukturkörper 30 aus einem säulenförmigen porösen keramischen Block 35, in dem eine große Anzahl von Durchgangslöchern 31 parallel zueinander in Längsrichtung angeordnet sind, wobei eine Trennwand 33 dazwischen gestellt ist. Jedes der Durchgangslöcher 31 ist an einem Ende mit einem Stopfen 32 abgedichtet. Hier weist das Durchgangsloch 31a, das eine relativ größere Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung aufweist, die Dichtung an ihrem Ende an der Abgasauslassseite auf, so dass es als Gaseinflussdurchgangsloch dient, und das Durchgangsloch 31b, dass eine relativ kleinere Querschnittsfläche aufweist, ist an der Abgaseinlassseite abgedichtet, so das es als Gasausflussdurchgangsloch dient.
Obwohl nicht in 3 gezeigt kann eine Dichtungsmaterialschicht auf dem Umfang des porösen keramischen Blocks 35 auf die gleiche Weise wie beim in 1 gezeigten Wabenstrukturkörper 10 gebildet werden.
Außer dass der poröse keramische Block 35 eine durch ein Sinterungsverfahren gebildete integrierte Struktur aufweist weist der Wabenstrukturkörper 30 die gleiche Struktur auf wie der aggregierte Wabenstrukturkörper 10. Deshalb kann auch im Wabenstrukturkörper 30 die Trennwand 33, die das Gaseinflussdurchgangsloch 31a und das Gasausflussdurchgangsloch 31b voneinander trennt, als Filter fungieren, so dass Abgase, die in die Gaseinflussdurchgangslöcher 31a eingetreten sind, aus den Gasausflussdurchgangslöchern 31b ausfließen können, nachdem sie immer durch die Trennwand 33 getreten sind.
Deshalb weist der integrierte Wabenstrukturkörper 30 auch die gleichen Wirkungen als der aggregierte Wabenstrukturkörper auf.
Auf die gleiche Weise als beim aggregierten Wabenstrukturkörper 10, weist der poröse keramische Block 35 im integrierten Wabenstrukturkörper 30 einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm auf und der Grad der Kapazität der Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, ist auf 30 % oder weniger der Kapazität der gesamten Mikroporen gesetzt. Ferner kann die Form und Größe des integrierten Wabenstrukturkörpers 30 auch wünschenswerterweise bestimmt werden, und die Porosität davon liegt vorzugtsweise in einem Bereich von 30 bis 70 % auf die gleiche Weise wie beim aggregierten Wabenstrukturkörper.
Ferner liegt die Dichte der Öffnungen (Durchgangslöcher) auf einem zur Längsrichtung senkrechten Querschnitt und die Dicke des Wandteils vorzugsweise im gleichen Bereich als beim aggregierten Wabenstrukturkörper.
Ferner können im Bezug auf die porösen Keramiken, die den porösen keramischen Block 35 bilden, ohne bestimmte Beschränkung die gleichen Nitrid-, Karbid- und Oxidkeramiken genannt werden, die im aggregierten Wabenstrukturkörper verwendet werden, und im allgemeinen werden Oxidkeramiken, wie Cordierit und dergleichen, vorzugsweise verwendet.
Der im integrierten Wabenstrukturkörper 30 zu verwendete Stopfen 32 ist auch vorzugsweise aus poröser Keramik hergestellt, und in Bezug auf dessen Materialien können allerdings ohne besondere Beschränkung bspw. die gleichen Materialien verwendet werden, die zum Bilden des vorstehend genannten porösen keramischen Blocks verwendet werden.
Im vorstehend genannten Wabenstrukturkörper mit der in 1 und 3 gezeigten Struktur ist die Form eines zur Längsrichtung senkrechten Querschnittsbereichs von jedem der Durchgangslöcher vorzugsweise von mehreckiger Form.
Diese mehreckige Form beseitigt Bereiche des Durchgangslochs, die stärke Reibung verursachen, wenn Abgase durch das Durchgangsloch durchtreten, aufgrund der Form des Durchgangslochs, und vermindern folglich den durch die Reibung des Abgases beim Durchtritt durch das Durchgangsloch verursachen Druckverlust, und beseitigt auch Bereiche auf der Trennwand mit unregelmäßiger Dicke, d.h. Bereiche, in denen der Durchtritt des Abgases lokal schwierig ist, so dass der Druckverlust, verursacht durch Widerstand einer Trennwand, der ausgeübt wird, wenn Abgase durch die Trennwand treten, vermindert wird; daher kann die mehreckige Form jede der vorstehend genannten Wirkungen ausüben.
Ferner wird unter den mehreckigen Formen eine mehreckige Form eines Vierecks oder mehr vorzugsweise verwendet, und mindestens eine der Ecken ist vorzugsweise stumpfwinklig ausgebildet. Mit dieser Anordnung ist es möglich den Druckverlust zu vermindern, der durch Reibung des Abgases beim Durchfluss durch die Einlassseite der Durchgangslöcher und die Reibung der Abgase beim Durchfluss durch die Auslassseite der Durchgangslöcher verursacht wird.
Die Umgebung der jeweiligen Ecken auf dem Querschnitt des Durchgangslochs ist vorzugsweise durch eine gekrümmte Linie gebildet. Indem die Ecke in eine gekrümmte Linie geformt ist, ist es möglich das Auftreten von Rissen zu verhindern, die durch eine Belastungskonzentration an der Ecke verursacht wird.
Hier ist die Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite vorzugsweise größer als die Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite; und in diesem Fall liegt das Verhältnis der Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite und der Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite (Öffnungsfläche auf der Abgaseinlassseite/Öffnungsfläche auf der Abgasauslassseite, nachfolgend auch einfach als Öffnungsflächenverhältnis bezeichnet) vorzugsweise in einem Bereich von 1,01 bis 6.
Wenn das Verhältnis der Flächen 6 überschreitet wird die Kapazität der Durchgangslöcher auf der Abgasauslassseite zu klein; daher steigt der Druckverlust, verursacht durch Reibung beim Durchtritt durch die Durchgangslöcher und Widerstand beim Durchtritt durch die Trennwand, an, um einen Anstieg des anfänglichen Druckverlustes zu verursachen, was zu einem Anstieg im anfänglichen Druckverlust führt. Das Verhältnis der Flächen liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,2 bis 5. Stärker bevorzugt liegt das Verhältnis der Flächen in einem Bereich von 1,2 bis 3,0.
4(a) bis 4(d) als auch 5(a) bis 5(f) sind Querschnittsansichten, die jeweils schematisch einen Bereich des Querschnitts eines porösen keramischen Elements, das den erfindungsgemäßen aggregierten Wabenstrukturkörper bildet, zeigt. Hier sind unabhängig ob vom integrierten Typ oder vom aggregierten Typ die Formen der Querschnitte der entsprechenden Durchgangslöcher gleich; deshalb sind unter Bezug auf diese Figuren die Querschnittsformen des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In 4(a) beträgt das Verhältnis der Öffnungsflächen nahezu 1,55, in 4(b) beträgt es nahezu 2,54, in 4(c) beträgt es nahezu 4,45 und in 4(d) beträgt es nahezu 6,00. Ferner betragen in den 5(a), 5(c) und 5(e) alle Verhältnisse der Öffnungsflächen nahezu 4,45, und in den 5(b), 5(d) und 5(f) betragen alle Verhältnisse der Öffnungsflächen nahezu 6,00.
In den 4(a) bis 4(d) sind die Querschnittsformen der Gaseinflussdurchgangslöcher jeweils ein Achteck, und die Querschnittsflächen der Gasausflussdurchgangslöcher sind jeweils ein Viereck (Quadrat), und diese sind abwechselnd angeordnet; dadurch kann durch Ändern der Querschnittsfläche von jedem der Gasausflussdurchgangslöcher, wobei die Querschnittsform der Gaseinflussdurchgangslöcher jeweils leicht geändert wird, das Verhältnis der Öffnungsflächen leicht auf gewünschte Weise verändert werden. Auf die gleiche Weise kann im Bezug auf den in 5 gezeigten Wabenfilter das Verhältnis der Öffnungsflächen auf gewünschte Weise verändert werden.
Hier in den Wabenstrukturkörpern 160 und 260, gezeigt in 5(a) und 5(b), sind die Querschnittsformen der Gaseinflussdurchgangslöcher 161a und 261a ein Fünfeck, wobei drei Ecken davon nahezu rechte Winkel sind, und die Querschnittsformen der Gaseinflussdurchgangslöcher 161b und 261b sind jeweils ein Quadrat, und die entsprechenden Quadrate sind in Bereichen eines größeren Quadrats angeordnet, die sich diagonal gegenüberliegen. Die in den 5(c) und 5(d) gezeigten Wabenstrukturkörper 170 und 270 weisen modifizierte Formen der in den 4(a) bis 4(d) gezeigten Querschnitte auf, so dass ein Bereich der Trennwand, der den Gaseinflussdurchgangslöchern 171a, 271a und jeweils den Gaseinflusslöchern 171b, 271b gemeinsam ist, sich in Richtung auf die Seite Gaseinflussdurchgangslöcher mit einer bestimmten Krümmung ausdehnt. Diese Krümmung kann auf gewünschte Weise festgesetzt werden.
In diesem Fall entspricht die gekrümmte Linie, die einen Bereich der Trennwand bildet, die jeweils den Gaseinflussdurchgangslöchern 171a, 271a, und jeweils den Gaseinflussdurchgangslöchern 171b, 271b gemeinsam ist, einem Viertel eines Kreises.
In den in den 5(e) bis 5(f) gezeigten Wabenstrukturkörpern 180 und 280 sind die Gaseinflussdurchgangslöcher 181a, 281a und die Gaseinflussdurchganglöcher 281b als Vierecke ausgebildet (rechteckige Formen), und wie in den Figuren gezeigt sind diese Durchgangslöcher so angeordnet, das wenn die zwei Gaseinflussdurchgangslöcher und die zwei Gaseinflussdurchgangslöcher miteinander kombiniert werden eine nahezu quadratische Form gebildet wird.
Ferner können die Querschnittsformen der Durchgangslöcher, die den erfindungsgemäßen Wabenstrukturkörper bilden, Formen aufweisen, die bereits in den 9-12 gezeigt wurden.
Deshalb kann im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung die Öffnungsfläche der Gaseinflussdurchgangslöcher größer sein als die Öffnungsfläche der Gasausflussdurchgangslöcher und die Anzahl der Gaseinflussdurchgangslöcher und der Gasausflussdurchgangslöcher kann verschieden sein.
In der vorliegenden Erfindung wird der Abstand zwischen Schwerpunkten der zur Längsrichtung senkrechten Querschnitte von nebeneinander angeordneten Gaseinflussdurchgangslöchern vorzugsweise so ausgeführt, das er gleich zum Abstand zwischen Schwerpunkten von zur Längsrichtung senkrechten Querschnitten von nebeneinander angeordneten Gasausflussdurchgangslöchern ist.
Der Ausdruck „Abstand zwischen Schwerpunkten der Querschnitte von benachbarten Gaseinflussdurchgangslöchern" bedeutet den kleinsten Abstand zwischen den Schwerpunkten auf einem zur Längsrichtung senkrechten Querschnitt eines Gaseinflussdurchgangslochs und des Schwerpunkts eines zur Längsrichtung senkrechten Querschnitts eines benachbarten Gaseinflussdurchgangslochs; und der Begriff „Abstand zwischen Schwerpunkten der Querschnitte von benachbarten Gasausflussdurchgangslöchern" bedeutet den kleinsten Abstand zwischen dem Schwerpunkt eines zur Längsrichtung senkrechten Querschnitts eines Gasausflussdurchgangslochs und dem Schwerpunkt eines zur Längsrichtung senkrechten Querschnitts eines benachbarten Gasausflussdurchgangslochs.
Wenn zwei Abstände zwischen Schwerpunkten gleich zueinander sind ist es möglich zu verhindern, dass die Temperatur im Wabenstrukturkörper auf lokal unausgewogene Weise verteilt wird, und folglich einen Filter mit überlegener Haltbarkeit bereitzustellen, der frei von durch thermische Belastung verursachten Rissen ist, selbst nach langer wiederholter Verwendung.
Wenn der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung als Filter zum Sammeln von Teilchen in Abgasen verwendet wird werden die gesammelten Teilchen allmählich auf der Innenseite von jedem der Durchgangslöcher, die den Wabenstrukturkörper bilden, abgeschieden.
Hier steigt der Druckverlust allmählich an, wenn die Menge der abgeschiednen Teilchen größer wird, und wenn er einen vorbestimmten Wert überschreitet wird die auf den Motor ausgeübte Last zu groß. Deshalb wird in der vorliegenden Erfindung der Filter durch Abbrennen der Teilchen regeneriert, und im Falle der vorliegenden Erfindung ist es möglich die Zeitdauer bis zum Regenerationsprozess zu verlängern, da der Grad des Anstiegs des Druckverlustes nach dem Sammeln der Teilchen kleiner ist als im Vergleich mit dem eines herkömmlichen Filters.
Die folgende Beschreibung diskutiert ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für den Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung. Wenn die Struktur des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung als ein integrierter Wabenstrukturkörper hergestellt wird, der als ganzes aus einem im 3 gezeigten gesinterten Körper besteht, wird erst ein Extrusionsformverfahren durchgeführt unter Verwendung der vorstehend genannten Materialpaste, die im wesentlichen aus Keramiken besteht, um einen Keramikformkörper mit nahezu der gleichen Form als der in 3 gezeigte Wabenstrukturkörper herzustellen.
Unter Bezug auf die Materialpaste kann ohne besondere Beschränkung jegliche Materialpaste verwendet werden, so lange der hergestellte poröse keramische Block einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm, wobei der Grad der Kapazität der Mikroporen, die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser aufweisen, bei 30 % oder weniger der Kapazität der gesamten Mikroporen liegt, haben kann, und ein durch Zugeben eines Bindemittels und einer Dispersionslösung zu Pulver mit einer vorbestimmten Partikelgröße, hergestellt aus dem vorstehend genannten Keramiken, hergestelltes Material kann verwendet werden.
Im Bezug auf das vorstehend genannte Bindemittel schließen ohne besondere Beschränkung Beispiele davon ein: Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Polyethylenglycol, Phenolharz und Eboxyharz.
Im allgemeinen beträgt die zugemischte Menge des vorstehend genannten Bindemittels vorzugsweise 1 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Keramikpulvers.
Unter Bezug auf die Dispersionslösung schließen Beispiele davon ohne besondere Beschränkung ein: ein organisches Lösungsmittel, wie Benzol; Alkohol, wie Methanol; und Wasser.
Eine geeignete Menge der vorstehend genannten Dispersionslösung wird hier gemischt, so das die Viskosität des Materials innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt.
Das keramische Pulver, Bindemittel und die Dispersionslösung werden mit einem Attritor oder dergleichen gemischt, und mit einer Knetmaschine und dergleichen ausreichend geknetet, und dann Extrusionsgeformt, so dass der vorstehend genannte Keramikformkörper hergestellt wird.
Ferner kann ein Formungshilfsmittel zu der Materialpaste zugegeben werden, falls notwendig.
Mit Bezug auf das Formungshilfsmittel schließen Beispiele davon ohne besondere Beschränkung ein: Ethylenglycol, Dexrin, Fettsäureseife, Polyalkohol und dergleichen.
Ferner kann der vorstehend genannten Materialpaste ein Porenbildungsmittel zugegeben werden, falls notwendig, wie Ballone, die feine Hohlkugeln sind, die aus Keramiken auf Oxidbasis bestehen, kugelförmigen Acrylteilchen und Graphit. Unter Bezug auf die vorstehend genannten Ballone werden ohne besondere Beschränkung bspw. Aluminiumoxidballone, Glasmikroballone, Shirasuballone, Flugascheballone (FR-Ballone) und Mullitballone verwendet. Unter diesen werden Flugascheballone stärker bevorzugt verwendet.
Als nächstes, nachdem der vorstehend genannte Keramikformkörper unter Verwendung eines Trockners getrocknet wurde, wie eines Mikrowellentrockners, eines Heißlufttrockners, eines dielektrischen Trockners, eine Trockners mit vermindertem Druck, eines Vakuumtrockners und eines Gefriertrockners, werden vorbestimmte Durchgangslöcher mit Stopfenpaste gefüllt, so dass ein Mundverschlussverfahren zum Verstopfen der Durchgangslöcher ausgeführt wird. Hier wird das Abdichtungsverfahren so ausgeführt, dass die Größe der Öffnungsfläche der Gaseinflussdurchgangslöcher größer ist als die Größe der Öffnungsfläche der Gasausflusslöcher.
Unter Bezug auf die vorstehend genannte Stopfenpaste können ohne besondere Beschränkung bspw. die gleichen Materialpasten wie die vorstehend genannten Materialpasten verwendet werden; es werden jedoch jene Pasten, die durch Zugeben eine Gleitmittels, eines Lösungsmittels, eines Dispersionsmittels und eines Bindemittels zum verwendeten Keramikpulver hergestellt werden, vorzugsweise als die vorstehend genannte Materialpaste verwendet. Mit dieser Anordnung ist es möglich das Absetzen von Keramikteilchen in der Stopfenpaste in der Mitte des Abdichtprozesses zu verhindern.
Als nächstes wird der mit Stopfenpaste gefüllte getrocknete Keramikkörper einem Entgasungs- und Brennverfahren unter vorbestimmten Bedingungen unterzogen, so dass der Wabenstrukturkörper, hergestellt aus poröser Keramik und als Ganzes aus einem einzelnen gesinterten Körper bestehend, hergestellt wird.
Hier ist es unter Bezug auf die Entgasungs- und Brennbedingungen und dergleichen des getrockneten Keramikkörpers möglich Bedingungen zu applizieren, die herkömmlich zur Herstellung eines aus poröser Keramik bestehenden Wabenstrukturkörpers verwendet wurden.
Wenn der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung als ein aggregierter Wabenstrukturkörper hergestellt wird, bestehend aus einer Vielzahl von porösen keramischen Elementen, die miteinander mit Dichtungsmaterialschichten kombiniert sind, wie in 1 gezeigt, wird zuerst ein Extrusionsformverfahren ausgeführt unter Verwendung der vorstehend genannten Materialpaste, die hauptsächlich aus Keramiken besteht, zur Herstellung eines rohen Keramikformkörpers mit einer dem in 2 gezeigten porösen keramischen Element 20 ähnlichen Form.
Hier kann unter Bezug auf die Materialpaste die gleiche Materialpaste wie im vorstehend genannten aggregierten Wabenstrukturkörper verwendet werden.
Nachdem der vorstehend genannte rohe Formkörper unter Verwendung eines Mikrowellentrockners oder dergleichen getrocknet wurde, um einen getrockneten Körper zu bilden, wird Stopfenpaste, die Stopfen bildet, in vorbestimmte Durchgangslöcher des getrockneten Körpers injiziert, so das Abdichtungsprozesse zum Abdichten der Durchgangslöcher ausgeführt werden.
Hier kann unter Bezug auf die Stopfenpaste die gleiche Stopfenpaste wie die im vorstehend genannten integrierten Wabenstrukturkörper beschrieben verwendet werden, und unter Bezug auf das Abdichtungsverfahren kann das gleiche Verfahren wie für den vorstehend genannten integrierten Wabenstrukturkörper verwendet werden, außer das der mit der Stopfenpaste zu füllende Gegenstand verschieden ist.
In diesem Fall wird das Abdichtungsverfahren vorzugsweise auch so ausgeführt, dass die Größe der Öffnungsflächen der Gaseinflussdurchgangslöcher größer ist als die Größe der Öffnungsflächen der Gasausflussdurchgangslöcher.
Als nächstes wird der getrocknete Körper, der dem Abdichtungsprozess unterzogen wurde, einem Entgasungs- und Brennverfahren unter vorbestimmten Bedingungen unterzogen, so dass ein poröses keramisches Element, in dem eine Vielzahl von Durchgangslöchern parallel zueinander in einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei eine Trennwand dazwischen gestellt ist, hergestellt wird.
Hier können unter Bezug auf die Bedingungen und dergleichen des Entgasungs- und Brennverfahrens für den rohen Formkörper jene Bedingungen verwendet werden, die herkömmlich zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers bestehend aus einer Vielzahl von porösen keramischen Elementen, die miteinander durch Dichtungsmaterialschichten kombiniert sind, verwendet werden.
Als nächstes wir die zum Bilden einer Dichtungsmaterialschicht 14 zu verwendende Dichtungsmaterialpaste mit einer ebenen Dicke aufgebracht, um eine Dichtungsmaterialpastenschicht zu bilden, und auf dieser Dichtungsmaterialpastenschicht wird nacheinander ein Verfahren zum Laminieren eines anderen porösen keramischen Elements 20 wiederholt, so dass ein Verbundkörper eines porösen keramischen Elements 20 mit einer rechteckigen Säulenform mit einer vorbestimmten Größe hergestellt wird.
Unter Bezug auf das Material zum Bilden der Dichtungsmaterialpaste wird hier keine Beschreibung abgegeben, da das gleiche Material verwendet werden kann, als das im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung beschriebene.
Als nächstes wird der Verbundkörper der porösen keramischen Elemente 20 erwärmt, so dass die Dichtungsmaterialpastenschicht getrocknet und verfestigt wird, um eine Dichtungsmaterialschicht 14 zu bilden; danach wird der periphere Bereich in beispielsweise eine in 1 gezeigte Form geschnitten, unter Verwendung eines Diamantmessers oder dergleichen, so das ein keramischer Block 15 hergestellt wird.
Eine Dichtungsmaterialschicht 13 wird auf der Umgebung des keramischen Blocks 15 unter Verwendung der Dichtungsmaterialpaste gebildet, so dass ein Wabenstrukturkörper hergestellt wird, in welchem eine Vielzahl von porösen keramischen Elementen miteinander durch Dichtungsmaterialschichten kombiniert sind.
Alle der so hergestellten Wabenstrukturkörper weisen Säulenformen auf, und die Strukturen davon sind in 1 und 2 gezeigt.
Unter Bezug auf die Anwendung des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung wird dieser, obwohl nicht besonders beschränkt, bevorzugt für in Fahrzeugen verwendete Abgasreinigungsvorrichtungen verwendet.
6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug zeigt, ausgestattet mit dem Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung.
Wie in 6 gezeigt besteht eine Abgasreinigungsvorrichtung 800 hauptsächlich aus einem Wabenstrukturkörper 80 der vorliegenden Erfindung, einem Gehäuse 830, das die externen Bereiche des Wabenstrukturkörpers 80 bedeckt, einem Halterungsdichtungsmaterial 820, das zwischen dem Wabenstrukturkörper 80 und dem Gehäuse 830 angeordnet ist, und einem Heizmittel 810, das an der Gaseinlassseite des Wabenstrukturkörpers 80 angeordnet ist, und ein Einlassrohr 840, das mit einem Verbrennungsmotor, wie einem Motor, verbunden ist, ist mit einem Ende des Gehäuses 830 auf der Gaseinlassseite verbunden, und ein extern gekoppeltes Abgasrohr 850 ist mit dem anderen Ende des Gehäuses 830 verbunden. In 6 zeigen Pfeile den Fluss des Abgases an.
Ferner kann in 6 der Wabenstrukturkörper 80 wie der in 1 gezeigte Wabenstrukturkörper 10 oder wie der in 3 gezeigte Wabenstrukturkörper 30 hergestellt werden.
In der Abgasreinigungsvorrichtung 800 mit der vorstehend genannten Anordnung werden von einem Verbrennungssystem, wie einem Motor, abgegebenen Abgase in das Gehäuse 830 durch das Einlassrohr 840 geleitet, und können durch die Durchgangslöcher in den Wabenstrukturkörper 80 fließen und durch das Wandteil (eine Trennwand) durchtreten; dadurch werden die Abgase gereinigt, wobei deren Teilchen in dem Wandteil (eine Trennwand) gesammelt werden und dann außerhalb des Abgasrohrs 850 entsorgt werden.
Nachdem sich eine große Menge von Teilchen auf dem Wandteil (eine Trennwand) des Wabenstrukturkörpers 80 abgeschieden hat, was einen Anstieg des Druckverlustes zu verursacht, wird der Wabenstrukturkörper 80 einem Regenerationsprozess unterzogen.
Im Regenerationsprozess wird ein unter Verwendung des Erwärmungsmittel 810 erwärmtes Gas durch die Durchgangslöcher des Wabenstrukturkörpers 80 geströmt, so dass der Wabenstrukturkörper 80 erwärmt wird, um die auf dem Wandteil (eine Trennwand) abgeschiedenen Teilchen zu verbrennen und zu entfernen.
Ferner können in der vorliegenden Erfindung zusätzlich zum vorstehend genannten Verfahren die Teilchen unter Verwendung eines Nacheinspitzungssystems verbrannt und entfernt werden.
Ferner kann der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung einen Katalysator aufweisen, der in den Poren abgeschiedenes CO, HC, NOx und dergleichen in den Abgasen reinigen kann.
Wenn solch ein Katalysator darauf aufgebracht ist, kann der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung als ein Wabenstrukturkörper dienen, der Teilchen in Abgasen sammeln kann und auch als ein Umwandlungskatalysator zum Reinigen von in den Abgasen enthaltenem CO, HC, NOx und dergleichen dienen kann. Ferner ist es durch den Wabenstrukturkörper abhängig vom Fall möglich die Brenntemperatur der Teilchen herabzusetzen.
Unter Bezug auf den Katalysator schließen Beispiele davon Edelmetalle, wie Platin, Paladium und Rhodium, ein. Der aus einem Edelmetall, wie Platin, Paladium oder Rhodium hergestellte Katalysator ist ein sogenannter Dreiwegekatalysator, und der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung, der mit so einem Dreiwegekatalysator ausgestattet ist, kann auf die gleiche Weise funktionieren wie herkömmliche Umwandlungskatalysatoren. Deshalb wird der Fall, in dem der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung als Umwandlungskatalysator dient, hier nicht im Detail beschrieben.
Hier ist der auf dem Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung abgeschiedenen Katalysator nicht speziell auf die vorstehend genannten Edelmetalle beschränkt, sondern jeglicher Katalysator kann darauf abgeschieden werden, solange er in den Abgasen enthaltenes CO, HC, NOx und dergleichen reinigen kann.
Beispiele
In der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung im Detail mit Hilfe von Beispielen diskutiert; die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt sein.
(Beispiel 1)

(1) Siliziumkarbidpulver vom alpha-Typ mit einer mittleren Teilchengröße von 11 μm (± 1 μm für einen 99,99 %igen Gewichtsteil davon) (60 Gew.-%), erhalten durch Einstellen der Korngröße eines Materials unter Verwendung eines Siebs, und Siliziumkarbidpulver vom beta-Typ mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm (40 Gew.-%) wurden nass vermischt und zu 100 Gewichtsteilen des erhaltenen Gemisches wurden 5 Gewichtsteile eines organischen Bindemittels (Methylcellulose) und 10 Gewichtsteile Wasser zugegeben und geknetet, um eine gemischte Zusammensetzung zu erhalten. Danach wurde, nachdem eine geringe Menge eines Weichmachers und ein Gleitmittel zugegeben und eingeknetet wurde, das erhaltene Gemisch Extrusionsgeformt, so dass ein rohes Formprodukt, das nahezu die gleiche Querschnittsform wie die in 4(b) gezeigte Querschnittsform und ein Verhältnis der Öffnungsflächen von 3,00 aufwies, hergestellt wurde.
(2) Als nächstes wurde das vorstehend genannte rohe Formprodukt getrocknet unter Verwendung eines Mikrowellentrockners oder dergleichen, um einen getrockneten Keramikkörper zu bilden, und nachdem vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Paste mit der gleichen Zusammensetzung als das rohe Formprodukt gefüllt worden waren wurde das resultierende Produkt erneut unter Verwendung eines Trockners getrocknet, und dann bei 400 °C entgast und bei 2000 °C in einer Argonatmosphäre bei Normaldruck für 3 Stunden gebrannt, um ein poröses keramisches Element herzustellen, welches ein gesinterter Siliziumkarbidkörper war und eine Porosität von 42 %, einen mittleren Porendurchmesser von 5 μm aufwies, wobei der Grad der Kapazität der Mikroporen (nachstehend als Porendurchmesserverteilung bezeichnet), die jeweils einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser (10 μm im vorliegenden Beispiel) aufweisen, auf 10 % gesetzt wurde, die Größe 34,3 mm × 34,3 mm × 150 mm betrug, die Zahl der Durchgangslöcher 31 pcs/cm² und die Dicke von im wesentlichen des gesamten Wandteils (eine Trennwand) 23 0,4 mm betrug.

Hier wurde unter Bezug auf die Seitenflächen des so erhaltenen porösen keramischen Elements eine Seitenfläche auf einer Seite von jeweils Durchgangslöchern 41a mit einer relativ großen Querschnittsfläche mit einem Stopfen abgedichtet, und eine Seitenfläche auf der anderen Seite von jeweils den Durchgangslöchern 41b mit einer relativ kleineren Querschnittsfläche wurde mit einem Stopfen abgedichtet.
Hier wurde der vorstehend genannte Porendurchmesser durch das folgende Verfahren gemessen.
Unter Bezug auf das poröse keramische Element wurde der Porendurchmesser (0,2 bis 500 μm) unter Verwendung eines Quecksilberinjektionsverfahrens (gemäß JISR 1655:2003) gemessen.
Genauer gesagt wurde ein poröses keramisches Element mit Wabenstruktur in Würfel mit einer Größe von etwa 0,8 cm geschnitten, und dann wurden diese unter Verwendung von Ultraschallwellen mit entionisiertem Wasser gewaschen und ausreichend getrocknet. Als nächstes wurde der Porendurchmesser dieser Proben unter Verwendung eines Micromeritics automatic porosimeter, AutoPore 1119405, hergestellt durch Shimadzu Corporation, gemessen. In diesem Fall wurde der Messbereich auf 0,2 bis 500 μm festgesetzt, und im Bereich von 100 bis 500 μm wurden die Messungen für jede Druckeinheit von 0,1 psia ausgeführt, und im Bereich von 0,2 bis 100 μm wurden die Messungen für jede Druckeinheit von 0,25 psia ausgeführt. Auf diese Weise wurde die Porendurchmesserverteilung und die Gesamtkapazität der Mikroporen berechnet.
Die mittlere Porengröße (Durchmesser) wurde als 4 × S (integrierte Mikroporenfläche)/V (integrierte Mikroporenkapazität) berechnet.
Ferner wurde ein doppelt so großer Porendurchmesser als der mittlere Porendurchmesser erhalten und die Mikroporenkapazität der Poren mit dem Porendurchmesser, der den zweimal so großen als der Durchschnittporendurchmesser übersteigt, wurde ferner berechnet; ferner wurde basierend auf den gemessenen Daten des Gesamtmikroporenbereichs und des Anteils der Mikroporendurchmesser, berechnet wie vorstehend beschrieben, der Grad der Kapazität der Mikroporen mit einem Porendurchmesser, der den doppelt so großen Porendurchmesser als der mittlere Mikroporendurchmesser übersteigt, der die vorliegende Erfindung betrifft, berechnet.
(Beispiele 2 bis 12)
Poröse keramische Elemente wurden auf die gleiche Weise als in Beispiel 1 hergestellt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle 1 gezeigte Werte verändert wurden. Hier sind die Partikelgröße des Materialpulvers, Brennbedingungen und dergleichen in Tabelle 1 gezeigt. Ferner wurde die Teilchengröße des Materialpulvers (Siliziumkarbidpulver vom alpha-Typ) auf ± 1 μm für einen Gewichtsteil von 99,99 % davon auf die gleiche Weise als in Beispiel 1 festgesetzt.
(Vergleichsbeispiel 1 bis 6)
Poröse keramische Elemente wurden auf die gleiche Weise als in Beispiel 1 hergestellt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle 1 gezeigte Werte verändert wurden. Hier sind die Teilchengröße des Materialpulvers, Brennbedingungen und dergleichen in Tabelle 1 gezeigt.
Unter Bezug auf jeweils die porösen keramischen Elemente gemäß den Beispielen 1 bis 12 und Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden entsprechende keramische Blöcke hergestellt, und die folgenden Messungen wurden durchgeführt. Hier ist das Herstellungsverfahren für den Keramikblock nachfolgend gezeigt:
Zuerst wurde eine große Zahl von porösen Siliziumkarbidelementen miteinander kombiniert unter Verwendung einer wärmebeständigen Dichtungsmaterialpaste, enthaltend 30 Gew.-% Aluminiumoxidfasern mit einer Faserlänge von 0,2 mm, 21 Gew.-% Siliziumkarbidteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,6 μm, 15 Gew.-% Kieselsol, 5,6 Gew.-% Carboxymethylcellulose und 28,4 Gew.-% Wasser, und dieses wurde dann unter Verwendung eines Diamantschneiders geschnitten, um einen zylinderförmigen Keramikblock zu bilden.
In diesem Fall wurde die Dicke der zum Kombinieren der porösen keramischen Elemente verwendeten Dichtungsmaterialschichten auf 1,0 mm eingestellt.
Als nächstes wurden keramische Fasern, hergestellt als Aluminiumoxid-Silikat (Kugelgehalt: 3 %, Faserlänge: 0,1 bis 100 mm) (23,3 Gew.-%), die als anorganische Fasern dienten, Siliziumkarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3,0 μm (30,2 Gew.-%), das als anorganische Teilchen diente, Kieselsol (SiO₂-Gehalt im Sol: 30 Gew.-%) (7 Gew.-%), das als anorganisches Bindemittel diente, Carboxymethylcellulose (0,5 Gew.-%), das als organisches Bindemittel diente, und Wasser (39 Gew.-%) gemischt und geknetet, um eine Dichtungsmaterialpaste herzustellen.
Als nächstes wurde eine Dichtungsmaterialpastenschicht mit einer Dicke von 1,0 mm auf den Umfangsbereich des Keramikblocks unter Verwendung der vorstehend genannten Dichtungsmaterialpaste gebildet. Diese Dichtungsmaterialpastenschicht wurde ferner bei 120 °C getrocknet, so dass ein zylinderförmiger Wabenstrukturkörper mit einem Durchmesser von 144 mm und einer Länge von 150 mm in Längsrichtung zur Verwendung als Wabenstrukturkörper zum Reinigen von Abgasen hergestellt wurde.
Der anfängliche Druckverlust und die Druckverluste bei gesammelten Teilchenmengen von 0,5 g/l, 1 g/l, 2 g/l, 4 g/l, 6 g/l und 8 g/l und der Regenerationsgrenzwert des vorstehend genannten zylinderförmigen Wabenstrukturkörpers wurden ferner gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(Auswerteverfahren)
(1) Druckverlustmessung
Wie in 6 gezeigt wurden die Wabenstrukturkörper der Beispiele und Vergleichsbeispiele jeweils in einer Abgasleitung eines Motors angeordnet, um eine Abgasreinigungsvorrichtung zu bilden, und der Motor wurde mit einer Umdrehungszahl von 3.000 Min^–1 und einem Drehmoment von 50 Nm betrieben, so dass die Druckverluste im anfänglichen Zustand und beim Sammeln einer vorbestimmten Menge von Teilchen gemessen wurden.
(2) Messung des Regenerationsgrenzwerts
Wie in 6 gezeigt wurden die Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele und Vergleichsbeispiele in einer Abgasleitung eines Motors platziert, um eine Abgasreinigungseinrichtung zu bilden, und der Motor wurde mit einer Umdrehungszahl von 3.000 Min^–1 und einem Drehmoment von 50 Nm für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben, so das Proben erhalten wurden, die Teilchen gesammelt hatten.
Als nächstes wurde der Motor mit einer Umdrehungszahl von 4.000 Min^–1 und einem Drehmoment von 200 Nm betrieben, und als die Filtertemperatur in der Nähe von 700 °C konstant geworden war wurde der Motor auf der Umdrehungszahl 1.050 Min^–1 und einem Drehmoment von 30 Nm gehalten, so dass die im Filter gesammelten Teilchen erzwungenermaßen verbrannt wurden. Dieses Experiment wurde auf die gleiche Weise mit einigen Filtern durchgeführt, und die größte Teilchenmenge, die keine Risse verursachen würde, wurde gemessen, und der erhaltene Wert wurde als Regenerationsgrenzwert bestimmt.
Wie klar in Tabelle 1 angezeigt wird weisen die Wabenstrukturkörper gemäß der Vergleichsbeispiele im allgemeinen einen höheren Druckverlust beim Sammeln von 4 g/l Teilchen im Vergleich mit den Wabenstrukturkörpern der Beispiele auf, und der Druckverlust beim Sammeln von 8 g/l Teilchen ist in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Beispiele auf ein niedriges Niveau vermindert, obwohl es einige Fälle gibt in denen der anfängliche Druckverlust in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Vergleichsbeispiele niedriger ist als der der Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele.
Dies liegt vermutlich daran, dass die Teilchen eindringen, um tiefe Schichtbereiche im Wandteil der Wabenstrukturkörper der Vergleichsbeispiele zu erreichen, während die Teilchen in den Wabenstrukturkörpern der Beispiele nur auf Oberflächenschichtbereichen des Wandteils gesammelt werden.
Ferner weisen die Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele einen größeren Regenerationsgrenzwert im Vergleich mit den Filtern gemäß der Vergleichsbeispiele auf, so dass eine größere Menge an Teilchen bis zum Regenerationsprozess gesammelt werden kann; daher wird es möglich, die Zeitdauer bis zum Regenerationsprozess zu verlängern.
(Beispiel 13)

(1) Die gleichen Verfahren wie in (1) aus Beispiel 1 wurden ausgeführt, um eine gemischte Zusammensetzung herzustellen. Als nächstes wurde, nachdem eine geringe Menge eines Weichmachers und ein Gleitmittel zu der gemischten Zusammensetzung zugegeben wurde und diese weiterhin geknetet wurde, die erhaltene gemischte Zusammensetzung einem Extrusionsformverfahren unterzogen, um einen Rohkeramikformkörper mit einer wie in 9 gezeigten Querschnittsform mit einem Öffnungsflächenverhältnis von 3,00 herzustellen. Hier wurde die Teilchengröße des Materialpulvers (Siliziumkarbidpulver vom alfa-Typ) auf ± 1 μm für einen Gewichtsteil von 99,99 % davon auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 festgesetzt.
(2) Als nächstes wurde das vorstehend genannte rohe Formprodukt unter Verwendung eines Mikrowellentrockners oder dergleichen getrocknet, um einen getrockneten Keramikkörper zu bilden, nachdem vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Paste mit der gleichen Zusammensetzung als das rohe Formprodukt gefüllt worden waren wurde das erhaltene Produkt erneut unter Verwendung eines Trockners getrocknet und dann bei 400 °C entgast und bei 2000 °C in einer Argonatmosphäre bei Normaldruck für drei Stunden gebrannt, um ein poröses keramisches Element herzustellen, das ein gesinterter Siliziumkarbidkörper war, und eine Porosität von 42 %, einen mittleren Porendurchmesser von 5 μm, eine Porendurchmesserverteilung von 10 %, eine Größe von 34,3 mm × 34,3 mm × 150 mm, eine Anzahl von Durchgangslöchern von 31 pcs/cm² und eine Dicke von im wesentlichen dem gesamten Wandteil (eine Trennwand) 23 von 0,4 mm aufwies.

Hier wurde unter Bezug auf die Seitenflächen des so erhaltenen porösen keramischen Elements eine von beiden Seitenflächen mit einem Stopfen abgedichtet, um das Verhältnis der Öffnungsflächen auf die vorstehend genannte Größe einzustellen.
(Beispiele 14 bis 17)
Die gleichen Verfahren wie in Beispiel 13 wurden ausgeführt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle zwei gezeigte Werte festgesetzt wurden, um ein poröses keramisches Element herzustellen. Hier wurde die Teilchengröße des Materialpulvers (Siliziumkarbidpulver vom alpha-Typ) auf ± 1 μm für einen Gewichtsteil von 99,99 % davon auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 festgesetzt.
(Vergleichsbeispiele 7 bis 9)
Die gleichen Verfahren wie in Beispiel 13 wurden durchgeführt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle 2 gezeigte Werte festgesetzt wurden, um ein poröses keramisches Element herzustellen. Hier sind die Teilchengröße des Materialpulvers, die Brennbedingungen und dergleichen in Tabelle 2 gezeigt.
Die porösen keramischen Elemente gemäß den Beispielen 14 bis 17 und Vergleichsbeispielen 7 bis 9 wurden in zylinderförmige Wabenstrukturkörper mit der gleichen Struktur als die aus Beispiel 1 geformt, und der anfängliche Druckverlust, der Druckverlust beim Sammeln einer vorbestimmten Menge von Teilchen und der Regenerationsgrenzwert wurden entsprechend gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Hier wurden die Messungen des Porendurchmessers und dergleichen, die Messungen des Druckverlusts und die Messungen des Regenerationsgrenzwerts unter Verwendung der gleichen Verfahren aus Beispiel 1 durchgeführt.
Wie klar durch Tabelle 2 angezeigt weisen die Wabenstrukturkörper der Vergleichsbeispiele im allgemeinen einen höheren Druckverlust beim Sammeln von 4 g/l Teilchen im Vergleich mit den Wabenstrukturkörpern der Beispiele auf, und der Druckverlust beim Sammeln von 8 g/l Teilchen ist in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Beispiele auf ein niedriges Niveau reduziert, obwohl es einige Fälle gibt in denen der anfängliche Druckverlust in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Vergleichsbeispiele niedriger ist als der der Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele.
Dies liegt vermutlich daran, dass in den Wabenstrukturkörpern der Vergleichsbeispiele Teilchen eindringen, um Bereiche tiefer Schichten in dem Wandteil zu erreichen, während in den Wabenstrukturkörpern der Beispiele Teilchen nur durch Oberflächenschichtbereiche des Wandteils gesammelt werden.
Ferner weisen die Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele einen größeren Regenerationsgrenzwert im Vergleich mit den Filtern gemäß der Vergleichsbeispiele auf, so dass eine größere Menge von Teilchen bis zum Regenerationsprozess gesammelt werden kann; daher wird es möglich die Zeitdauer bis zum Regenerationsprozess zu verlängern.
(Beispiel 18)

(1) Die gleichen Verfahren wie aus (1) aus Beispiel 1 wurden durchgeführt, um eine gemischte Zusammensetzung herzustellen. Danach wurde, nachdem eine geringe Menge eines Weichmachers und ein Gleitmittel zu der gemischten Zusammensetzung zugegeben wurden und diese weiterhin geknetet wurde, die erhaltene gemischte Zusammensetzung einem Extrusionsformverfahren unterzogen, um einen rohen keramischen Formkörper mit einer wie in 10 gezeigten Querschnittsform mit einem Verhältnis der Öffnungsflächen von 3,00 herzustellen. Hier wurde die Teilchengröße des Materialpulvers (Siliziumkarbidpulver vom Alfa-Typ) auf ± 1 μm für einen Gewichtsteil von 99,99 % davon auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 festgesetzt.
(2) Als nächstes wurde das vorstehend genannte rohe Formprodukt unter Verwendung eines Mikrowellentrockners oder dergleichen getrocknet, um einen getrockneten Keramikkörper zu bilden, und nachdem vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Paste, mit der gleichen Zusammensetzung als das rohe Formprodukt, gefüllt worden waren wurde das erhaltene Produkt erneut unter Verwendung eines Trockners getrocknet, dann bei 400 °C entgast und bei 2000 °C in einer Argonatmosphäre bei Normaldruck für 3 Stunden gebrannt, um ein poröses keramisches Element herzustellen, das ein gesinterter Siliziumkarbidkörper war, und eine Porosität von 42 %, einen mittleren Porendurchmesser von 5 μm, eine Porendurchmesserverteilung von 10 %, eine Größe von 34,3 mm × 34,3 mm × 150 mm, eine Anzahl an Durchgangslöchern von 31 pcs/cm² und eine Dicke von im Wesentlichen dem gesamten Wandteil (eine Trennwand) 23 von 0,4 mm aufwies.

Hier wurde unter Bezug auf die Seitenflächen des so erhaltenen porösen keramischen Elements eine Seitenfläche auf einer Seite von jedem der Durchgangslöcher 321 mit einer relativ großen Querschnittsfläche mit einem Stopfen abgedichtet, und eine Seitenfläche auf der anderen Seite von jedem der Durchgangslöcher 322 mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche wurde mit einem Stopfen abgedichtet.
(Beispiele 19 bis 22)
Die gleichen Verfahren wie in Beispiel 18 wurden ausgeführt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle 3 gezeigte Werte festgesetzt wurden, um ein poröses keramisches Element herzustellen. Hier wurde die Teilchengröße des Materialpulvers (Siliziumkarbidpulver vom alfa-Typ) auf ± 1 μm für einen Gewichtsteil von 99,99 % davon auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 festgesetzt.
(Vergleichsbeispiele 10 bis 12)
Die gleichen Verfahren wie in Beispiel 18 wurden ausgeführt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle 3 gezeigte Werte festgesetzt wurden, um ein poröses keramisches Element herzustellen. Hier sind die Teilchengröße des Materialpulvers, die Brennbedingungen und dergleichen in Tabelle 3 gezeigt.
Die porösen keramischen Elemente gemäß den Beispielen 18 bis 22 und Vergleichsbeispielen 10 bis 12 wurden in zylinderförmige Wabenstrukturkörper mit der gleichen Struktur, als die aus Beispiel 1, geformt, und der anfängliche Druckverlust, der Druckverlust beim Sammeln einer vorbestimmten Menge von Teilchen und der Regenerationsgrenzwert wurden entsprechend gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Hier wurden die Messungen des Porendurchmessers und dergleichen, die Messungen des Druckverlustes und die Messungen des Regenerationsgrenzwertes unter Verwendung der gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Wie klar in Tabelle 3 bezeigt weisen die Wabenstrukturkörper gemäß den Vergleichsbeispielen im Allgemeinen einen höheren Druckverlust beim Sammeln von 4 g/l Teilchen im Vergleich mit den Wabenstrukturkörpern der Beispiele auf, und der Druckverlust beim Sammeln von 8 g/l Teilchen ist in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Beispiele auf ein niedriges Niveau reduziert, obwohl es einige Fälle gibt, in denen der Anfangsdruckverlust in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Vergleichsbeispiele niedriger ist als der der Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele.
Dies liegt vermutlich daran, das in den Wabenstrukturkörpern der Vergleichsbeispiele Teilchen eindringen, um tiefere Schichtbereichen im Wandteil zu erreichen, während in den Wabenstrukturkörpern der Beispiele Teilchen nur durch Oberflächenschichtbereiche des Wandteils gesammelt werden.
Ferner weisen die Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele einen größeren Regenerationsgrenzwert im Vergleich mit den Filtern gemäß der Vergleichsbeispiele auf, so das bis zum Regenerationsprozess eine größere Menge von Teilchen gesammelt werden kann; daher wird es möglich die Zeitdauer bis zum Regenerationsprozess zu verlängern.
(Beispiel 23)

(1) Die gleichen Verfahren als aus (1) aus Beispiel 1 wurden durchgeführt, um eine gemischte Zusammensetzung herzustellen. Danach wurde, nachdem eine kleine Menge Weichmacher und ein Gleitmittel zu der gemischten Zusammensetzung zugegeben wurde und diese weiterhin geknetet wurde, die erhaltene gemischte Zusammensetzung einem Extrusionsformverfahren unterzogen, um einen rohen Keramikformkörper mit einer wie in 12 gezeigten Querschnittsform mit einem Verhältnis der Öffnungsflächen von 3,00 herzustellen. Hier wurde die Teilchengröße des Materialpulvers (Siliziumkarbidpulver vom alfa-Typ) auf ± 1 μm für einen Gewichtsteil von 99,99 % davon auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 festgesetzt.
(2) Als nächstes wurde das vorstehend genannte rohe Formprodukt unter Verwendung eines Mikrowellentrockners oder dergleichen getrocknet, um einen getrockneten Keramikkörper zu bilden, nachdem vorbestimmte Durchgangslöcher mit einer Stopfenpaste mit der gleichen Zusammensetzung wie das rohe Formprodukt gefüllt worden waren wurde das erhaltene Produkt erneut unter Verwendung eines Trockners getrocknet dann bei 400 °C entgast und bei 2000 °C in einer Argonatmosphäre bei Normaldruck für 3 Stunden gebrannt, um ein poröses keramisches Element herzustellen, welches ein gesinterter Siliziumkarbidkörper war, und eine Porosität von 42 %, einen mittleren Porendurchmesser von 5 μm, eine Porendurchmesserverteilung von 10 %, eine Größe von 34,3 mm × 34,3 mm × 150 mm, eine Anzahl von Durchgangslöchern von 31 pcs/cm² und eine Dicke von im wesentlichen dem gesamten Wandteil (eine Trennwand) 23 von 0,4 mm aufwies.

Hier wurde unter Bezug auf die Seitenflächen des so erhaltenen porösen keramischen Elements eine Seitenfläche auf einer Seite von jedem der Durchgangslöcher 341 mit einer relativ großen Querschnittsfläche mit einem Stopfen abgedichtet, und eine Seitenfläche einer anderen Seite von jedem der Durchgangslöcher 342 mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche wurde mit einem Stopfen abgedichtet.
(Beispiele 24 bis 27)
Die gleichen Verfahren wie aus Beispiel 23 wurden ausgeführt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle 3 gezeigte Werte festgesetzt wurden, um ein poröses keramisches Element herzustellen. Hier wurde die Teilchengröße des Materialpulvers (Siliziumkarbidpulver vom alfa-Typ) auf ± 1 μm für einen Gewichtsteil von 99,99 % davon auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 festgesetzt.
(Vergleichsbeispiele 13 bis 15)
Die gleichen Verfahren wie aus Beispiel 23 wurden ausgeführt, außer das der mittlere Porendurchmesser und die Porendurchmesserverteilung auf in Tabelle 4 gezeigte Werte festgesetzt wurden, um ein poröses keramisches Element herzustellen. Hier sind die Teilchengröße des Materialpulvers, die Brennbedingungen und dergleichen in Tabelle 4 gezeigt.
Die porösen keramischen Elemente gemäß den Beispielen 23 bis 27 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 15 wurden in zylinderförmige Wabenstrukturkörper mit den gleichen Strukturen als die aus Beispiel 1 geformt, und der anfängliche Druckverlust, Druckverlust beim Sammeln einer vorbestehenden Menge an Teilchen und der Regenerationsgrenzwert wurden entsprechend gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Hier wurden die Messungen des Porendurchmessers und dergleichen, die Messungen des Druckverlusts und die Messungen des Regenerationsgrenzwerts unter Verwendung der gleichen Verfahren aus Beispiel 1 durchgeführt.
Wie klar durch Tabelle 4 angezeigt weisen die Wabenstrukturkörper gemäß der Vergleichsbeispiele im Allgemeinen einen höheren Druckverlust beim Sammeln von 4 g/l Teilchen im Vergleich mit den Wabenstrukturkörpern der Beispiele auf, und der Druckverlust beim Sammeln von 8 g/l Teilchen ist in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Beispiele auf ein niedriges Niveau vermindert, obwohl es einige Fälle gibt, in denen der anfängliche Druckverlust in den Wabenstrukturkörpern gemäß der Vergleichsbeispiele niedriger ist als der der Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele.
Dies liegt vermutlich daran, dass in den Wabenstrukturkörpern der Vergleichsbeispiele Teilchen eindringen, um tiefe Schichtbereiche im Wandteil zu erreichen, während in den Wabenstrukturkörpern der Beispiele Teilchen nur durch Oberflächenschichtbereiche gesammelt werden.
Ferner weisen die Wabenstrukturkörper gemäß der Beispiele einen größeren Regenerationsgrenzwert im Vergleich zu den Filtern gemäß der Vergleichsbeispiele auf, so dass eine größere Anzahl von Teilchen bis zum Regenerationsprozess gesammelt werden kann, daher ist es möglich die Zeitdauer bis zum Regenerationsprozess zu verlängern.
Ferner gilt in allen Beispielen und Vergleichsbeispielen, unter Bezug auf: Die Wabenstrukturkörper gemäß Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2; auf Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 3; auf Beispiel 9 und Vergleichsbeispiel 4; auf Beispiel 16 und Vergleichsbeispiel 8; auf Beispiel 21 und Vergleichsbeispiel 11; sowie auf Beispiel 26 und Vergleichsbeispiel 14, die Druckverluste beim Sammeln von 8 g/l Teilchen werden miteinander verglichen und im Fall der Wabenstrukturkörper mit einer Trennwand, die Gaseinflussdurchgangslöcher trennt, wie in den 4 und 9 gezeigt, durch Vermindern der Porendurchmesserverteilung auf 30 % oder weniger, wird der Druckverlust auf 92 % oder weniger im Vergleich zu dem Fall, in dem die Porendurchmesserverteilung 30 % übersteigt (im Fall von 35 %) vermindert; im Gegensatz dazu bleibt im Fall der Wabenstrukturkörper ohne Trennwand, die Gaseinflussdurchgangslöcher voneinander trennt, wie in den 10 und gezeigt, falls die Porendurchmesserverteilung auf 30 % oder weniger reduziert wird, die Druckverlustverminderung bei etwa 95 % im Vergleich zu dem Fall, in dem die Porendurchmesserverteilung 30 % (in dem Fall von 35 %) übersteigt. Ferner wurden die gleichen Ergebnisse erhalten wenn die Druckverluste beim Sammeln von 4 g/l und 6 g/l Teilchen miteinander verglichen wurden.
Dies zeigt das die Wirkungen der vorliegenden Erfindung in dem Wabenstrukturkörper mit einer Trennwand, die Gaseinflussdurchgangslöcher trennt, eindrucksvoll zu Tage treten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein spezifisches Beispiel eines aggregierten Wabenstrukturkörpers als ein Beispiel eines Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung zeigt.
2(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Beispiel eines porösen keramischen Elements zeigt, das den in 1 gezeigten Wabenstrukturkörper bildet; und
2(b) ist ein entlang der Linie A-A des in 2(a) gezeigten porösen keramischen Elements genommene Querschnittssicht.
3(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein spezifisches Beispiel eines integrierten Wabenstrukturkörpers als ein anderes Beispiel des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung zeigt; und 3(b) ist eine entlang der Linie B-B genommene Querschnittsansicht davon.
4(a) bis 4(d) sind Querschnittsansichten, die jeweils schematisch einen Teil eines Querschnitts des porösen keramischen Elements, das den aggregierten Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung bildet, zeigt.
5(a) bis 5(f) sind Querschnittsansichten, die jeweils einen Teil eines Querschnitts des porösen keramischen Elements, das den aggregierten Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung bildet, zeigen.
6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung für ein Fahrzeug, in der die Wabenstrukturvorrichtung der vorliegenden Erfindung installiert ist, zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen herkömmlichen Wabenstrukturkörper zeigt.
8(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein keramisches Element zeigt, das in dem herkömmlichen Wabenstrukturkörper enthalten ist; und 8(b) ist eine entlang der Linie B-B aus 8(a) genommene Querschnittsansicht.
9 zeigt schematisch eine zur Längsrichtung eines Abgasfilters senkrechte Querschnittsansicht.
10 zeigt schematisch eine zur Längsrichtung des Abgasfilters senkrechte Querschnittsansicht.
11 zeigt schematisch eine zur Längsrichtung des Abgasfilters senkrechte Querschnittsansicht.
12 zeigt schematisch eine zur Längsrichtung des Abgasfilters senkrechte Querschnittsansicht.
13(a) und 13(b) sind schematische Diagramme zum Beschreiben der Abgasflusswege in einem herkömmlichen Filter.
14 ist ein Konzeptdiagramm, das schematisch die Dicke der Teilchen zeigt, wenn die Teilchen auf einem Wandbereich des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurden. 15 ist ein Konzeptdiagramm, das schematisch die Dicke der Teilchen zeigt, wenn die Teilchen auf einem Wandbereich in einem herkömmlichen Filter abgeschieden wurden.

10, 30: Wabenstrukturkörper
13, 14: Dichtungsmaterialschicht
15, 35: Keramikblock
20, 40, 50, 70: poröses keramische Element
21a, 31a, 41a, 51a, 71a: Gaseinflussdurchgangsloch
21b, 31b, 41b, 51b, 71b: Gasausflussdurchgangsloch
22, 32: Stopfen
23, 43, 53, 73: Wandteil (Trennwand)
33: Wandteil
160, 170, 180, 260, 270, 280: Wabenstrukturkörper
161a, 171a, 181a, 261a, 271a, 281a: Gaseinflussdurchgangsloch
161b, 171b, 181b, 261b, 271b, 281b: Gasausflussdurchgangsloch
163, 173, 183, 263, 273, 283: Wandteil

Claims

Säulenförmiger Wabenstrukturkörper, umfassend eine große Anzahl von Durchgangslöchern, die parallel zueinander in einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei ein Wandteil dazwischen gestellt ist, wobei: jedes der Durchgangslöcher an einem Ende versiegelt ist; auf der einen Stirnfläche des Wabenstrukturkörpers die Summe der Öffnungsflächen der Durchgangslöcher sich von der Summe der Öffnungsflächen der Durchgangslöcher auf der anderen Stirnseite unterscheidet, und ein keramisches Material, welches den Wandteil bildet, wobei der Wandteil einen durchschnittlichen Porendurchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm aufweist; und der Grad der Kapazität („rate of capacity") der Mikroporen, die jede einen zweifach oder mehrfach größeren Porendurchmesser als der durchschnittliche Porendurchmesser aufweisen, auf 30% oder weniger der Kapazität („capacity") der gesamten Mikroporen gesetzt ist.
Wabenstrukturköper gemäß Anspruch 1, wobei die Öffnungsfläche auf einer Gaseinlassseite größer gemacht worden ist als die Öffnungsfläche auf der Gasauslassseite.
Wabenstrukturkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Abrennungswand zum Separieren der Durchgangslöcher auf der Gaseinlassseite.
Wabenstrukturkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das keramische Material, welches die Abtrennungswand bildet, eine Porosität im Bereich von 30 % bis 70 % aufweist.
Wabenstrukturkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Durchgangsloch in einem Querschnitt senkrecht zu der länglichen Richtung eine Dicht im Bereich von 15,5 bis 62,0 pcs/cm² aufweist.
Wabenstrukturkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Hauptmaterial Siliziumcarbid ist.
Wabenstrukturkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wandteil eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm aufweist.
Wabenstrukturkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, der in einem abgasreinigenden Gerät für ein Fahrzeug angewendet wird.